第5章 中小型水电站的微机保护20150717

第5章中小型水电站的微机保护

【要求】

【知识点】

【重点和难点】

微机保护装置是中小型水电站综合自动化系统的不可缺少的组成部分，为了保证水电站安全可靠地连续运行，水电站必须配备完善的继电保护装置，水电站各个重要电气设备如发电机、变压器、输电线路配置的的保护包括主保护和后备保护。主保护主要反应电气设备的重大故障并以尽可能短的延时切除故障源，一般指差动保护。后备保护是当主保护拒动后起作用，动作于相应断路器以切除故障源。

水电站综合自动化系统要求继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的基本要求，水电站主要电气设备现已普遍采用微机型保护装置。本书巴马县盘中滩水电站主要采用EDCS7系列和EDCS8系列微机保护装置。

微机型保护装置是以微处理器为核心，根据数据采集系统所采集到的电力系统的实时状态数据，按照给定算法来检测电力系统是否发生故障以及故障性质、范围等，并由此判断是否需要跳闸或报警

等判断的一种安全自动装

置。保护装置的硬件结构通

常由五个部分组成，即信号

输入电路、单片微机系统、

人机接口部分、输出通道回

路及电源部分等。水轮发电

机组的微机保护接线原理如

图5-1所示。

图

5-1 水轮发电机组的微机保护接线原理

5.1典型水电站电气主接线

5.1.1、水电站电气主接线概述

电气主接线是指发电厂、变电所中的一次设备按一定的顺序和要求连接而成的用于生产、传输、分配电能的电路，也称为一次接线(或主电路)。

电气主接线是整个发电厂、变电所电能通道的主干．起着汇集和分配电能的作用。电气主接线对发电厂、变电所和电力系统的安全性、可靠性、技术|生、经济性、灵活性等有直接的重要影响，因此，电气主接线在发电厂、变电所具有重要地位，同时也反映出该发电厂或变电所的规模和在电力系统中的地位和作用。

用规定的图形和文字符号表示电气主接线中各主要设备(如发电机、变压器、母线、开关电器、电力线路、互感器、避雷器等)的相互连接关系的电路图，称为电气主接线图。电气主接线图一般画成单线图(即用单线表示三相电路)，仅当二相接线不完全相同时，才局部画出二线图(如：二相电流互感器的配置不同)。电气主接线图可分为详图、简图和模拟图，在详图中．所有的次设备均应表示出来，并注明各个设备的型号与规格。

发电厂、变电所的主接线形式，主要与发电厂或变电所的规模、电压等级及其在电力系统中的重要地位、与系统连接情况、负荷的性质等有关。通常划分为有母线的主接线和无母线的主接线两大类．基本形式划分如下：

发电厂、变电所的电气设备按所起作用的不同分为一次设备和二次设备。直接生产、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备，包括进行电能生产、转换的设备(如发电机、变压器、电动机)；开关设备(如高低压断路器、隔离开关、闸刀开关、负荷开关、重合器、分段器、熔断器、接触器、磁力起动器等)；交换电路电气量隔离高压的设备(如电

流互感器、电压互感器)；限制电流和防止过电压的设备(如电抗器、避雷器)；载流导体(如导线、电力电缆)；接地装置等。对一次设备和系统的运行状况进行测量、控制、保护和监控的设备称为二次设备，包括测量表计(如电压表、电流表、功率表、电能表)；继电保护、自动装置(如各种继电器、信号装置、同期装置等)；操作电器(如各种控制开关、按钮等)；连接二次电路的导体(如控制电缆、小母线、连接线)；直流电源设备(如蓄电池组硅整流装置等)。电气主接线图上标示的设备均是一次设备。

二、对电气主接线的基本要求

由于电气主接线所具有的重要性，一般要求电气主接线应满足如下基本要求。

1．技术要求

(1)可靠性高。主接线的可靠性应根据负荷的等级，保证在不同的运行方式下对负荷的连续供电，并且保证良好的电能质量。一般来说，主接线的可靠性可以通过设备(如断路器、线路、发变电设备、母线)故障时，停电线路数目多少、停电时间长短、对重要用户的影响、电厂或变电所全部停电的可能性等来衡量。

(2)灵活性好。灵活性好是指通过正常操作，适应于不同的运行方式。如在正常运行情况下，能根据调度的要求，灵活改变运行方式；在故障时，可以方便地退出故障设备，切除故障，使停电时间最短，影响范围最小；在设备检修时，方便地停运断路器、母线、继电保护装置而不致影响或停止对全部或部分对象的供电，且能保证检修人员的安全。

(3)简单清晰，操作方便。电气主接线应尽可能地使操作步骤简单，便于运行人员牚握。从接线方式上减少因繁琐的操作步骤引起的事故。

2．经济性能

经济上合理，力求设备投资省、占地面积少、运行费用低。

3、考虑发展的可能

5.1.2、典型水电站电气主接线

一、单母线接线

(一)简单单母线接线

如图5-2所示，这是最简单的单母线接线形式。虽然简单，但它是其他接线形式的基

础，这里主要讨论母线的概念及作用、接线特点、“组”的含义、断路器和隔离开关的不

同称呼及作用、接线优缺点、典型倒闸操作。

1、母线：是指在一些主接线中专门设置的用来汇集和分配电能的导体。

2、接线特点：所有电源回路和出线回路均经过断路器和隔离开关接于同一组(这里

把三相母线称为一“组”)母线上。

3、断路器和隔离开关的作用：断路器用来接通或断开电路，隔离开关用来隔离电源。

图5-2中断路器和隔离开关由于在

接线的影响也不同，因此，在名称上也

有差异。如：隔离开关Qsn安装在靠母

线侧(或电源侧)，因此，把Qse称为母

线侧(或电源侧)隔离开关，而隔离开关

Qs。安装在靠线路侧(或负荷侧)，称QSL

为线路侧(或负荷侧)隔离开关。

图5-2简单单母线接线

WB-母线；QF-断路器；QSB-母线侧(或电源侧)隔离开关；

QSL-线路侧(或负荷侧)隔离开关

4、优缺点。

1)优点：接线简单清晰，操作方便，所用的电气设备少，配电装置建造费用低，便

于扩建。

2)缺点：供电的可靠性和灵活性都较差(运行方式单一)；母线或母线隔离开关故障

或检修时，各回路全部停电；检修任意一回路断路器时，该回路停电。

1)线路的停电步骤：先断开线路断路器，

再拉开线路侧隔离开关，然后拉开母线侧

隔离开关。

2)线路的送电步骤：先合母线侧隔离开

关，再合线路侧隔离开关，然后合上线路

断路器。

（二）、单母线分段接线

采取的措施是使母线分段。图5-3

路器将母线分段的单母线分段接线形式。分段的

作用、“段”的含义、接线特点、接线优缺点、运行方式如下。

1、分段的目的是为了减小母线或母线隔离开关故障或检修时的停电范围，提高供电可靠性。例如：当I段母线故障时，继电保护动作先断开分段断路器，Ⅱ段母线继续工作。单母线分段的数目不限于2段，但一般以

2、3段为主。每一“段”都是一组三相母线。

2、接线特点：电源和引出线分别接到两段母线上；重要用户可通过两段母线供电。

3、接线优缺点。

1)优点：便于分段检修母线；减少母线故障的影响范围；保证重要用户的供电；运行方式较灵活。

2)缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线上的所有回路全部停电；检修任意一回路断路器时，该回路停电；增加了分段设备，经济性比单母线不分段差。

4、运行方式。单母线分段接线可以有单母线并列(分段断路器接通)运行、单母线分列(分段断路器断开)运行以及一段母线工作一段母线检修等运行方式。对两段母线采用并列运行还是分列运行，可以从两段母线功率交换的方便性和减小短路电流两个角度去

思考。

5、两种接线方式的比较。对单母线不分段和单母线分段接线，最主要的差别是供电可靠性不同。其次，两种接线在运行方式及运行灵活性方面也不同。此外，两种接线还具有共同的缺点：母线或母线侧隔离开关检修时，相应母线所接的所有回路均要停电；任何一条进、出线断路器检修时，该线路会停电。

二、无母线的主接线

(一)单元接线

单元接线是几个元件(指发电机、变压器、线路)顺序串联，中间没有横向联系的接线，如图5-4所示。单元接线的优点是接线简单清晰，操作简便，使用电器数量减少，经济性好；缺点是灵活性差。

（二）桥形接线

在只有两条电源线路和两台变压器的变电所推荐使用桥式接线。桥式接线实际上可以认为是两个线路——变压器单元接线之间增加了横向联系，即有“桥”。桥形接线根据桥断路器位置的不同分为内桥接线和外桥接线，分别如图5-5(a)和(b)所示。学习中，应通过比较内外桥接线的接线特点和运行特点加强理解。

1．内桥接线

图5-4线路一变压器单元接线

(a)发电机双绕组变压器单元；(b)发电机三绕组变压器单元；(C)发电机

双绕组变压器扩大单元；(d)发电机分裂绕组变压器扩大单元；(e)发电机变

压器联合单元；(f)变压器线路单元接线

内桥接线的特点是桥断路器3QF接在线路断路器的内侧(靠近变压器一侧)。

内桥接线的运行特点是：

(1)线路故障或检修时，只断开相应回路的断路器，其余回路正常工作。

(2)变压器故障或检修时，相应线路的断路器和桥断路器均要断开，使相应线路受到影响。

(3)正常投切变压器时，操作较复杂(需要操作相应的线路断路器和桥断路器)，且使相应线路短时停电。

(4)穿越功率(指两线路通过桥断路器进行交换的功率)要经过3台断路器。由于断路器检修(或故障)而导致穿越功率中断的几率相对较大。

2．外桥接线

外桥接线的特点是联络桥断路器3QF接在线路断路器的外侧(靠近线路一侧)。

图5-5桥形接线

(a)内桥接线；(b)外桥接线

外桥接线的运行特点是：

(1)线路故障或检修时，相应线路的断路器和桥断路器均要断开，并使相应变压器停电。

(2)变压器故障或检修时，只断开相应回路的断路器。

(3)正常投切线路时，操作较复杂，且使相应变压器短时停电。

(4)穿越功率只经过一台断路器(即桥断路器)，断路器检修(或故障)而导致穿越功

率中断的几率相对减少。

3．桥式接线的特点及应用

桥式接线优点是工作可靠、灵活，使用电器少，接线清晰，投资少，且便于扩建。桥式接线一般用于中小型发电厂，变电所的35～220kV配电装置中；一、二级负荷较多，两回电源进线和两台变压器的工厂总降压变电所。

内桥接线适用于输电线路较长、线路故障几率较高、穿越功率较少、变压器不需要经常切换的场合。

外桥接线多用于线路较短、故障几率较低，主变压器按经济运行需经常切换或电力系统有较大穿越功率通过桥断路器的场合。

5.1.3、水电站典型电气主接线举例

例1，某水电站电气主接线图如图5-6所示。电站装机为2×8MW，机端电压为6．3kV，电站是地方电网的骨干电站，较为重要。采用110kV电压送电，与系统相连。由于出线只有一回，故采用一台主变压器的变压器一线路单元接线，主变容量为20MVA；低压侧采用单母线接线，机组台数少，能满足可靠性要求，同时保护也较为简单。

电站选用两台自用变压器，互为备用。一台自用变接在发电机电压侧母线上，另一台接在附近的10kV线路上。使电站获得两个相对独立的自用电源，保证了对自用负荷的供电可靠性。其低压侧为380V，母线分段接线，由于两台自用变高压侧电压不同相位，低压侧不允许并列运行。

例2、巴马盘中滩水电站电气主接线（详见盘中滩-电II-104图）

5.2保护配置（线路、主变、发电机）

5.2.1、电力系统继电保护的作用

电力系统在运行中可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是各种类型的短路。发生短路时可能产生以下后果：

1、通过故障点的短路电流和所燃起的电弧使故障设备或线路损坏。

2、短路电流通过非故障设备时，由于发热和电动力的作用，引起电气设备损伤或损坏，导致使用寿命大大缩减。

3、电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品的质量。

4、破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至导致整个系统瓦解。

电力系统中最常见的不正常运行情况是过负荷。此外，系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压等，都属于不正常运行状态。

电力系统中发生故障和出现不正常运行情况时，可能引起系统全部或部分正常运行遭到破坏，电能质量变到不能容许的程度，以致造成对用户的停止供电或少供电，甚至造成人身伤亡和设备的损坏，这种情况就称为发生了“事故”。为了避免或减少事故的发生，提高电力系统运行的可靠性，必须改进设备的设计制造，保证设计安装和检修的质量，提高运行管理的水平，采取预防事故的措施，尽可能消除发生事故的可能性。在电气设备或输电线路一旦发生故障时，就必须采取措施，尽快地将故障设备或线路从系统中切除，保证非故障部分继续安全运行，避免事故的发生，或缩小事故的范围和影响。

继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常的运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

继电保护装置的基本任务是：

1、自动地、迅速地和有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免

于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。

2、反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件(如有无经常值班

人员)而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备切除。

为了完成上述第一个任务，继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行

状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。

5.2、2 水电站自动化系统中继电保护的配置

为了避免或减少事故的发生，提高电力系统运行的可靠性，就必须配备有相应的继电保护装置，一般情况下，对于35KV及以下输电线路配置了三段式电流保护，双侧电源的输电线路还有方向电流保护、复合电压闭锁的过流保护、小接地电流选线装置等，随着水电站综合自动化技术的发展，对与之相配的保护装置也要求微机化，如巴马盘中滩水电站35KV线路主要配备了EDCS-81103 线路保护测控装置（详见盘中滩-电II-121图），该保护装置适用于 35kV 以下电压等级的非直接接地系统或小电阻接地系统线路的保护及测控，可组屏安装，也可在开关柜就地安装。该保护装置设计有过流Ⅰ段保护、过流Ⅱ段保护、过流Ⅲ段保护、过流加速、三相一次重合闸、反时限过流保护、零序过流Ⅰ、II、III段保护、低周减载、零序过压告警、小电流接地选线告警等保护功能。

主变是水电站中最重要的电气设备之一，对主变配备的保护也是相当完善的。主变保护一般配置的主保护是(1)比率制动式差动保护。(2)差动速断保护。瓦斯保护有本体重瓦斯、有载调压重瓦斯和压力释放，温度保护。

主变后备保护后备保护主要有1、过电流保护； 2、复合电压启动的过电流保护： 3、负序电流及单相式低电压启动的过电流保护： 4、阻抗保护：巴马盘中滩水电站4＃主变压器主保护配备了EDCS-7230,后备保护配置了EDCS-81203变压器保护测控装置，（详见盘中滩-电II-132图）适用于35kV、50MVA 及以下容量的变压器保护及测控，可组屏装，也可在开关柜就地安装。主保护

EDCS-7230具有差动速断保护、比率差动保护、二次谐波制动保护、后备保护装置EDCS-81203设计有过流Ⅰ段保护、过流Ⅱ段保护、过流Ⅲ段保护、过负荷保护、零序过流Ⅰ、II、III段保护、零序过压保护、间隙零序过流保护等多种保护。

为了使同步发电机能根据故障的情况有选择地、迅速地发出信号或将故障发电机从系统中切除，以保证发电机免受更为严重的损坏，减少对系统运行所产生的不良后果，使系统其余部分继续正常运行，在发电机上配置装设能反应各种故障的继电保护是十分必要的。定子绕组相间短路会产生很大的短路电流，应装设纵联差动保护，这是发电机最重要的保护。此外，发电机还配备有定子绕组单相接地，转子绕组一点接地和两点接地，过电流保护、过负荷保护，在水轮发电机还应装设过电压保护。

巴马盘中滩水电站4＃、5＃发电机配备了比较先进的微机型EDCS-81302发电机保护测控装置， EDCS-81302发变组保护装置用作单机容量10MW及以下发电机的保护测控，可组屏安装，也可在开关柜就地安装。（详见盘中滩-电II-129图）EDCS-81302为发变组保护测控装置具有差动速断保护，比率差动保护，保护转子一点接地保护等保护功能。

这些微机保护装置技术先进、功能强大，硬件平台化，通用性强，人机界面友好，事件记录全面，操作安全，大大地提高了水电站综合自动化系统的性能指标。

5.3、线路保护

输电线路正常运行时，线路上流过的是负荷电流，当输电线路发生短路故障时，

其主要特征就是电流增大，利用这一特征可以构成电流保护。电流保护是利用电流测量

元件反应故障时电流量增大而动作的保护。在单侧电源辐射形电网中，为切除线路上的

故障，只需在各条线路的电源侧装设断路器和相应的保护，保护通常采用阶段式电流保

护，常用的三段式电流保护包括无时限电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电

流保护。

5.3.1、无时限电流速断保护(第1段电流保护)

输电线路发生短路故障时，反应电流增大而瞬时动作切除故障的电流保护，称为无

时限电流速断保护，又称第I 段电流保护。它的作用是保证在任何情况下仅快速切除本

线路上的故障。根据对保护速动性的要求，在满足可靠性和保护选择性的前提下，

保护装置的动作时间，原则上总是越快越好。因此，各种电气元件应力求装设快

速动作的继电保护。仅反应电流增大而能快速瞬时动作切除故障的保护，称为电

流速断保护，也称为无时限流速断保护。

3、无时限电流速断保护的整定

无时限电流速断保护（又称I 段保护）反映电流升高而不带时限动作；即

电流高于动作值时继电器立即动作，跳开线路断路器。

电流继电器的动作电流应如何整定？这种动作电流的计算过程称为整定计算。

动作电流的整定必须保证继电保护动作的选择性，如图5-8所示，K 点故障对保护1

是外部故障，应当由保护2动作跳开2QF ，而K 点故障时短路电流也会流过保护1，

需要保证此时保护1不动作，则要求保护1的动作电流应按大于外部故障时的短路

1、单相原理接线图

电流I 段保护原理接线图5-7，电流继电器

接于电流互感器TA 的二次侧，它动作后起

动中间继电器，中间继电器触点闭合，经信

号继电器，断路器辅助常开触点、和接通断

路器跳闸线圈。

2、展开图 展开图结构简单，便于理解，为复杂回路的设计、安装和调试带来许多方便。 图5-7 无时限电流速断保护的单相原理接线图

电流。

max ..max ..B K I rel B K act I K I I =>

3.1~2.1=I rel K 可靠系数

对保护1 )3(1.m a x

..B K I K I I r e l a c t I = （5-1） 4、无时限电流速断保护的特点

优点：简单可靠，动作迅速。

缺点：①不能保护线路全长。②保护受运行方式、故障类型的影响。运行方

式变化较大时，可能无保护范围。在最大运行方式整定后，在最小运行方式下无保

护范围。③在线路较短时，可能无保护范围。

5.3.2、限时电流速断保护（电流II 段）

由于电流速断保护不能保护本线路的全长，增设限时电流速断保护的主要目的是切

除本线路电流速断保护范围以外的故障，作为无时限速断保护的后备保护，对它的要求

是在任何情况下都能保护线路全长并具有足够的灵敏性，在满足这个要求下具有较小的

动作时限。

一、 限时电流速断保护原理接线图

图 1.5 无时限电流速断保护的工作原理图5-8 无时限电流速断保护的整定

单相原理接线图如图5-9所示，它和电流速断保护的主要区别是用时间继电器代替了中电器。

二、限时电流速断保护的整定

1、工作原理

1）为了保护本线路全长，限时电流速断保护的保护范围必须延伸到下一

条线路，这样当下一条线路出口短路时，它就能切除故障。

2）为了保证选择性，必须使限时电流速断保护的动作带有一定的时限。

3） 为了保证速动性，时限尽量缩短。时限的大小与延伸的范围有关，为使时限较小，使时限电流速断的保护范围不超出下一条线路无时限电流速断保护

的范围。因而动作时限"t 比下一条线路的速断保护时限'

t 高出一个时间阶段t ?。即限时电流速断在时间上躲过电流速断的动作，这样当下一条线路出口处短路

时，它就能切除故障。

2、整定计算

1）动作电流

动作电流"dz I 按躲开下一条线路无时限电流速断保护的电流进行整定

I II rel act II a ct I K I 下一线=1. （5-2） 式中I

a c t I 下一线——下一条线路无时限电流速断保护的动作电流；

II

rel K ——可靠系数，一般取1.1~1.2；

1.a c t II I ——本线路限时电流速断保护的动作电流。 2） 动作时限。为了保证选择性，时限速断电流保护比下一条线路无时限

电流速断保护的动作时限高出一个时间阶段t ?，即

图5-9 限时电流速断保护的单相原理接线图

t t t II II ?+=21 （5-3）

式中 II

t 1——线路L-1先是电流速断保护的动作时限；

1I t ——线路L-2无时限速断电流保护的时限，一般人为延时为0； t ?——时限级差。

t ?的大小保证在重叠保护区内发生故障时保护动作的选择性，通常取为

0.5s 。

当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们联合工作就可以

0.5s 内切除全线路范围的故障，且能满足速动性的要求，具有这种作用的保护称

为该线路的主保护。

即无时限电流速断和限时速断构成线路的“主保护”。

3）灵敏度校验。保护装置的灵敏度（灵敏性），是只在它的保护范围内发

生故障和不正常运行状态时，保护装置的反应能力。灵敏度的高低用灵敏系数来

衡量。灵敏系数定义为：

值保护装置动作参数整定

路故障参数最小值保护范围末端金属性短=s e n K 限时电流速断保护灵敏度为

(2).min .1 1.3 1.5k sen

II act I K I =≥ （5-4） 式中 )2(min .k I ——被保护线路末端两相短路时流过限时电流速断保护的最小

短路电流；

1.a c t II I ——限时电流速断保护的整定电流。

当 1.3 1.5sen K < 时，保护在故障时可能不动，就不能保护线路全长，故应采

取以下措施：

①为了满足灵敏性，就要降低该保护的起动电流，进一步延伸限时电流速断

保护的保护范围，使之与下一条线路的限时电流速断相配合（但不超过下一条线

路限时电流速断保护的保护范围）。

② 为了满足保护选择性，动作限时应比下一条线路的限时电流速断的时限

高一个t ?，即

II II t t t =+ 本下一线 （5-5）

可见，保护范围的伸长（灵敏度的提高），会导致动作时限的升高。

5.2.3、定时限过电流保护（电流III段）

一、主保护与后备保护

按作用的不同继电保护又分为主保护、后备保护和辅助保护。

主保护是指被保护元件内部发生各种短路故障时，能满足系统稳定及设备安全要求的、有选择地切除被保护设备或线路故障的保护。

按照主保护的定义，仅依靠电流I段保护不能构成线路主保护，因为电流I段保护不能切除线路上所有的故障。只有电流I段保护和电流II段保护共同配合，才能构成线路的主保护，即满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度、有选择地切除被保护设备和线路故障。

除了主保护，线路上还应配有后备保护。所谓后备保护是指主保护或断路器拒动时，用于切除故障的保护。一旦主保护设备或断路器发生故障拒动，依赖后备保护切除故障。电流II段保护既属于主保护，同时又属于后备保护；后备保护分为远后备、近后备两种方式。

近后备是当主保护拒动时，由本电力设备线路的另一套保护实现的后备保护。

远后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。

I段保护不能保护本线路全长，无后备保护作用；II段保护具有对本线路I段保护的近后备作用以及对相邻线路保护部分的远后备作用。如图5-10，当k2处发生故障的时，如相应的断路器2QF或保护2的II段拒动，在不装设Ⅲ段保护的情况下，故障将不能被切除，这是不允许的。因此，必须设立III段保护提供完整的近后备及远后备作用，显然III段应能保护本线路及相邻下一线路全长。

图5-10 主保护和后备保护的配置说明

二、定时限过电流保护

1、工作原理

过电流保护通常是指其动作电流按躲过最大负荷电流来整定，而时限按阶梯性

原则来整定的一种电流保护。在系统正常运行时它不起动，而在电网发生故障时，

则能反应电流的增大而动作，它不仅能保护本线路的全长，而且也能保护下一条线

路的全长。作为本线路主保护拒动的近后备保护，也作为下一条线路保护和断路器

拒动的远后备保护。如图5-11所示，其保护范围包括下条线路或设备的末端。过电

流保护在最大负荷时，保护不应该动作。在K 点发生故障时，保护P1和P2的电流

Ⅲ段保护同时起动。在满足选择性的前提下，2QF 应以较短的时限切除故障。故障

切除以后，变电站B 母线负荷恢复，变电站B 母线负荷中的电动机自起动，流过保

护P1的电流为自起动电流，要求保护P1的过电流保护能返回。

2、整定计算

1）动作电流。按躲过被保护线路的最大负荷电流.max .L I ，且在自起动电流下

继电器能可靠返回进行整定

max .1.L re MS III rel III act I K K K I

?= （5-6） 式中 III rel K ——可靠系数；取1.15~1.25；

K MS ——自起动系数，取1~3；

.m

a x .L I ——被保护线路的最大负荷电流。

图5-11 自起动情况

D

2）灵敏校验。要求对本线路及下一条线路或设备相间故障都有反应能力，

反应能力用灵敏系数衡量。本线路后备保护（近后备）的灵敏系数有关规程中规

定为

5.11.)2(.min .)

(≥=III act k sen I I K 本近 （5-6） 作为下一条线路后备保护的灵敏系数（远后备），《规程》中规定

2.11

.)2(.min .)(≥=III act k sen I I K 下一线远 （5-7） 当灵敏度不满足要求时，可以采用电压闭锁的过流保护，这时过流

保护的自起动系数可以取1

3）时间整定。由于电流Ⅲ段的动作保护的范围很大，为保证保护

动作的选择性，其保

护延时应比下一条线路的电流Ⅲ段的电阻时间长一个时限阶段 t ?为

"'"'12QF QF t t t =+? （5-8）

式中 "'2QF t ——下一条线路电流Ⅲ段的动作延时。

3、灵敏系数和动作时限的配合

过电流保护是一种常用的后备保护，实际中使用非常广泛。但是，由于过

电流保护仅是依靠选择动作时限来保证选择性的，因此在负责电网的后备保护之

间，除要求各后备保护动作时限相互配合外，还必须进行灵敏系数的配合（即对

同一故障点而言越靠近故障点的保护应具有越高的灵敏系数）。这对后面讲的零

序过电流保护和距离Ⅲ段同样适用。

4、接线图

电流Ⅲ段的原理接线、展开图与电流Ⅱ段保护相同。

5、对定时限过电流的评价

定时限过电流结构简单，工作可靠，对单侧电源的放射型电网能保证有选择

性的动作。不仅能作本线路的近后备（有时作主保护），而且能作为下一条线路

的远后备。在放射型电网中获得广泛的应用，一般在35kv 及以下网络中作为主

保护。定时限过电流保护的主要缺点是越靠近电源端其动作时限越大，对靠近电

源端的故障不能快速切除。

5.3.4、阶段式电流保护的构成

一、阶段式电流保护的组成：

无时限电流速断保护只能保护线路首端的一部分，限时电流速断保护能保护线路全长，但却不能作为下一相相邻的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本条线路和下一段相邻线路的后备保护。由电流速断保护，限时电流速断保护及定时限过电流保护相配合构成一整套保护，称为阶段式电流保护，也称三段式电流保护。

电流I、II段共同构成主保护，能以最快的速度切除线路首端故障和以较快的速度切除线路全长范围内的故障，电流III段作为后备保护，既作为本线路电流I、II段保护的近后备保护，也作为下一线路的远后备保护。

有的供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护。比如，处于电网末端附近的保护装置，当定时限过电流保护的时限不大于0.5~0.7s时，而且没有防止导线烧损及保护配合上的要求的情况下，就可以不装设电流速断保护和限时电流速断保护，而将过电流保护为主要保护。在某些情况下，常采用两段组成一套保护，例如，当线路很短时，只装设限时电流速断和定时限电流保护。又如线路变压器组式接线，电流速断可保护全线路，因而不需要装设限时过电流速断保护只装设电流速断保护定时限过电流保护。电源端一般装设三段式保护。各段电流保护是反应于电流升高而动作的保护装置。它们之间是主要区别在于按照不同的原则来选择起动电流和确定动作时限。

二、阶段式电流保护归总式与展开式原理图

三段式电流保护原理图如图5-12所示，图5-12(a)为归总式原理图，图5-12 (b)为展开式原理图。归总式原理图绘出了设备之间连接方式，继电器等元件绘制为一个整体，该图便于说明保护装置的基本工作原理。展开式原理图中各元件不画在一个整体内，以回路为单元说明工作原理，便于施工接线及检修。图5-13是微机实现的三段式电流保护逻辑框图。